申请日2003.04.14
公开(公告)日2005.06.29
IPC分类号C02F1/72
摘要
本发明涉及环保废物处理技术，具体是一种高效处理航天推进剂废水方法和专用设备。它是将待处理的航天推进剂废水经高压计量泵加压到28.0～30.0×106帕，再预热到350℃～370℃后，与高压加氧器输出的压力为28.0～30.0×106帕的氧气一同送入作为分解处理器的高压釜中混合进行分解处理，高压釜外部的加热炉对进入到高压釜内的混合废水迅速加热到500℃～550℃，则只需经过95秒，就可使航天推进剂废水中的毒害有机废物(偏二甲肼，C2N2H8)迅速发生氧化分解反应，偏二甲肼分解率可达到99.99%以上，处理后得到的清洁水完全符合国家航天推进剂水污染物排放标准的要求。采用本发明处理效率高、耗能少、处理彻底、低成本，是目前一种理想的绿色环保废水处理方法和设备。
権利要求書
1.一种高效处理航天推进剂废水方法，其特征在于操作步骤可以为： 首先将待处理的航天推进剂废水经清水稀释，再加压到28.0～30.0×106帕， 预热到温度为350℃～370℃后，与高压氧气一同进入作为分解处理器的高压 釜中混合，同时对进入到高压釜内的所述混合废水迅速加热升温到490℃ ～550℃，待处理航天推进剂废水在流经高压釜的过程中的保留时间≥65秒 时，其中所含的毒害有机成分偏二甲肼即可同氧气发生迅速氧化分解发应， 处理后的产物可经冷却后泄压到常压，最后再进行气、液分离。
2.按照权利要求1所述高效处理航天推进剂废水方法，其特征在于： 所述处理后的产物由高压釜的出口排出后亦可先进入预热器，使所述高温 高压产物流温度得以降低，同时对待处理的新废水进行预热后，再进入冷 却器。
3.按照权利要求1所述高效处理航天推进剂废水方法，其特征在于： 待处理的航天推进剂废水稀释至其含有的毒害有机废物占清水的质量浓度 为2～10%;所述废水处理反应停留时间在95秒-120秒之间为佳。
4.按照权利要求1所述高效处理航天推进剂废水方法，其特征在于： 所述高压氧气的压力P为28MPa≤P≤30MPa。
5.一种高效处理航天推进剂废水方法的专用设备，其特征在于：主要 由高压计量泵、废水预热器、增压加氧器、外部设有加热炉的高压釜、冷 却器、气液交换器及阀门组成，其中：高压计量泵的进水口分别与盛有待 处理航天推进剂废水的废水储罐及清水储罐管路连接，一个出水口与增压 加氧器管路连接、另外两个出水口通过管路经由热回收筒及预热炉构成的 废水预热器与高压釜相连接，增压加氧器的氧气出口接至高压釜，工业氧 气瓶接至增压加氧器;高压釜输出端口一路经预热器热回收筒至冷却器、 气液分离器，另一路接至盐水储罐，气液分离器具有气体排放口，并与清 水储罐管路连接。
6.按照权利要求5所述高效处理航天推进剂废水方法的专用设备，其 特征在于：在增压加氧器与清水储罐、增压加氧器与高压釜、冷却器与气 液分离器之间设有背压调节器;工业氧气瓶与增压加氧器、高压釜与盐水 储罐之间设有高压阀;高压釜上设温度传感器;高压计量泵、冷却器的出 水口处分别设压力传感器;高压计量泵的进水口与废水储罐及清水储罐之 间设低压阀。
7.按照权利要求5所述高效处理航天推进剂废水方法的专用设备，其 特征在于：所述高压釜由釜体、密封环、上下端盖和卡箍式密封夹箍构成， 釜体两端部外壁分别设梯形槽，形成凸起的边缘;上、下端盖具有凸起的 边缘，在釜体端部与上、下端盖相对界面边缘为对称斜坡形，二者接合后 形成锥形槽，所述密封环置于釜体端部和端盖连接处内壁形成的锥形槽中， 卡箍式密封夹箍为两个端部具有夹钳的半圆环结构，通过其与端盖和釜体 端部外壁匹配的两个夹钳内面分别与端盖和釜体端部外壁凸起的边缘面接 触连接，两个卡箍式密封夹箍用螺栓连接在一起。
8.按照权利要求5所述高效处理航天推进剂废水方法的专用设备，其 特征在于：所述增压加氧器为罐状焊接的高压容器，罐体的顶端设工业氧 气入口、底端设高压水入口，分别通过高压阀与工业氧气瓶及高压计量泵 连接，顶端另设高压氧气出口通过背压调节阀与高压釜的氧气入口连接; 其底部另设有高压水出口，通过背压调节阀与清水储罐连接。
9.按照权利要求5所述高效处理航天推进剂废水方法的专用设备，其 特征在于：所述热回收筒为由两个高温密封接头和一两端开口的厚壁高压 筒状容器构成，高温密封接头和高压筒状容器之间采用锥面密封接触并用 螺纹进行密封连接。
说明书
一种高效处理航天推进剂废水方法和专用设备
技术领域
本发明涉及环保废物处理技术，具体地说是一种高效处理航天推进剂 废水方法和专用设备。
背景技术
随着航空、航天事业的大规模发展，用于航天发动机系统的推进剂燃 料的产量日益增加，目前世界各国所使用的推进剂的燃料大都为N2O4/肼 类(偏二甲基肼、一甲基肼、肼等)，如美国的大力神2导弹(使用N2O4/ 偏二甲肼144吨)，我国的长征系列运载火箭(助推火箭和一、二级使用 N2O4/偏二甲肼共444吨)等(文献1：朝气蓬勃的中国长征系列运载火箭， 航天快讯，2000：29-30)，这种液体推进剂虽然具有良好的比冲性能和自 燃特性，但其毒性很高，会对人体健康和生态环境造成严重的危害。孟志 红等人研究发现偏二甲肼极易诱发肿瘤等疾病(文献2：孟志红，不同途 径投用偏二甲肼诱发小鼠肺腺瘤的研究，肿瘤，1984，4(4)：169-172)。 近年来，世界各国对于军事和民用航空、航天领域的投入都相继增加，各 种导弹、运载火箭的推进剂废水以及废弃的推进剂的排放量将会越来越 大，未来将面临更为严峻的环境污染问题，各航天大国对此高度重视，并 积极着手解决。
目前，我国已经报道了多种处理推进剂废水的方法，如樊秉安等人采 用光催化法进行水中偏二甲肼的降解处理(文献3：樊秉安，贾瑛，许国根， 负载型TiO2固定相光催化降解水中偏二甲肼，上海环境科学，2000(5)： 12-15)，但发现经过2h的光照后，偏二甲肼的降解率仅达到了65%，另有 王彬等人采用TiO2-Cu2+体系进行偏二甲肼的降解处理(文献4：王彬，杨 平.TiO2-Cu2+体系降解偏二甲肼的研究.云南环境科学.2000，19，(4)： 33-35)，贾瑛等人采用吸附法对土壤中偏二甲肼进行降解处理(文献5：贾 瑛，许国根，徐勤等，农业环境保护，土壤中偏二甲肼的吸附及降解规律 研究，2001，20(6)：14-17)，但上述报道的这些处理方法的效果都不太理 想，不仅处理效率较低，而且处理后偏二甲肼的残余量仍然远高于国家航 天推进剂水污染物排放标准(文献6：国标GB14374-93，航天推进剂水污 染物排放标准，1993，12，1)所要求的≤0.5mg/L的标准。因此，亟待发 展能够对推进剂废水进行彻底处理的高效率处理新技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够高效率、彻底处理航天推进剂废水中毒 害有机废物的废水处理方法以及采用这种方法的专用设备。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种高效处理航天推进剂废水方法：首先将待处理的航天推进剂废水 经清水稀释，再加压到28.0～30.0×106帕，预热到温度为350℃～370℃后， 与高压氧气一同进入作为分解处理器的高压釜中混合，同时对进入到高压 釜内的所述混合废水迅速加热升温到490℃～550℃，待处理航天推进剂废水 在流经高压釜的过程中的保留时间≥65秒时，其中所含的毒害有机成分偏 二甲肼即可同氧气发生迅速氧化分解发应，处理后的产物可经冷却后泄压 到常压，最后再进行气、液分离;
所述处理后的产物由高压釜的出口排出后亦可先进入预热器，使所述 高温高压产物流温度得以降低，同时对待处理的新废水进行预热后，再进 入冷却器;待处理的航天推进剂废水稀释至其含有的毒害有机废物占清水 的质量浓度为2～10%;所述废水处理反应停留时间在95秒-120秒之间为佳; 所述高压氧气的压力P为28MPa≤P≤30Mpa;
一种高效处理航天推进剂废水方法的专用设备：主要由高压计量泵、 废水预热器、增压加氧器、外部设有加热炉的高压釜、冷却器、气液交换 器及阀门组成，其中：高压计量泵的进水口分别与盛有待处理航天推进剂 废水的废水储罐及清水储罐管路连接，一个出水口与增压加氧器管路连接、 另外两个出水口通过管路经由预热炉构成的废水预热器与高压釜相连接， 增压加氧器的氧气出口接至高压釜，工业氧气瓶接至增压加氧器;高压釜 输出端口一路至冷却器、气液分离器，另一路接至盐水储罐，气液分离器 具有气体排放口，并与清水储罐管路连接;
主要由高压计量泵、废水预热器、增压加氧器、外部设有加热炉的高 压釜、冷却器、气液交换器及阀门组成，其中：高压计量泵的进水口分别 与盛有待处理航天推进剂废水的废水储罐及清水储罐管路连接，一个出水 口与增压加氧器管路连接、另外两个出水口通过管路经由热回收筒及预热 炉构成的废水预热器与高压釜相连接，增压加氧器的氧气出口接至高压釜， 工业氧气瓶接至增压加氧器;高压釜输出端口一路经预热器热回收筒至冷 却器、气液分离器，另一路接至盐水储罐，气液分离器具有气体排放口， 并与清水储罐管路连接;
在增压加氧器与清水储罐、增压加氧器与高压釜、冷却器与气液分离 器之间设有背压调节器;工业氧气瓶与增压加氧器、高压釜与盐水储罐之 间设有高压阀;高压釜上设温度传感器;高压计量泵、冷却器的出水口处 分别设压力传感器;高压计量泵的进水口与废水储罐及清水储罐之间设低 压阀;所述高压釜由釜体、密封环、上下端盖和卡箍式密封夹箍构成，釜 体两端部外壁分别设梯形槽，形成凸起的边缘;上、下端盖具有凸起的边 缘，在釜体端部与上、下端盖相对界面边缘为对称斜坡形，二者接合后形 成锥形槽，所述密封环置于釜体端部和端盖连接处内壁形成的锥形槽中， 卡箍式密封夹箍为两个端部具有夹钳的半圆环结构，通过其与端盖和釜体 端部外壁匹配的两个夹钳内面分别与端盖和釜体端部外壁凸起的边缘面接 触连接，两个卡箍式密封夹箍用螺栓连接在一起;
所述增压加氧器为罐状焊接的高压容器，罐体的顶端设工业氧气入口、 底端设高压水入口，分别通过高压阀与工业氧气瓶及高压计量泵连接，顶 端另设高压氧气出口通过背压调节阀与高压釜的氧气入口连接;其底部另 设有高压水出口，通过背压调节阀与清水储罐连接;所述热回收筒为由两 个高温密封接头和一两端开口的厚壁高压筒状容器构成，高温密封接头和 高压筒状容器之间采用锥面密封接触并用螺纹进行密封连接。
本发明与现有的处理航天推进剂废水技术相比，具有以下优点：
1.处理彻底、效率高，废物降解率高。在待处理航天推进剂废水流经 高压釜超过95秒过程中，其所含的毒害有机成分——偏二甲肼即可同氧气 发生迅速氧化分解发应，被彻底氧化分解为CO2、N2和H2O，废物分解率 可保证达到99.99%以上。
2.节能，成本低。由于采用本发明处理废水在发生氧化分解的整个 反应过程中可放出大量热量，因此，只需在工作起始的很短一段时间内 需由高压釜外部的加热炉供热外，在后来的运行过程中，则完全可依靠 反应自身放热维持高压釜内的高温条件，即只需高压计量泵和增压加氧 器源源不断的输入待处理航天推进剂废水和氧气至高压釜中，整个高压 釜内的反应过程即可顺利自发进行。因此，耗能少、处理成本降低。另 外，实施本发明只需体积小、造价低的设备即可实现低成本彻底处理大 批量航天推进剂废水。本方法通过采用结构简单的以液压方式工作的增 压加氧器，使得采用价格便宜的工业纯氧作为氧源的方案得以实现，更 降低了废水处理成本。
3.具有环保意义。在废水处理过程中，废水中所含的无机盐杂质成 分因在高压釜的高温高压反应环境中溶解度骤降(趋于零)而析出，并从 底部阀门定期排出;而处理后产物——CO2、N2和H2O等不产生任何附加 污染，还可进入废水预热器，对待处理的新废水进行预热，气体成分—— CO2、N2等即可直接排放到大气中，循环利用处理后得到的液体成分-H2O为完全无害的洁净水，完全符合国家航天推进剂水污染物排放标准的要 求，亦可直接供循环使用。本发明是目前一种理想的绿色环保废水处理方 法和设备。
4.操作安全。采用本发明增压加氧器不仅可降低整套处理装置的成本， 而且避免了使用机械压缩方式(如压缩机)进行氧气压缩的工作过程中， 因机械部件发生氧化、润滑油脂过热燃烧等引起的故障、危险。
5.易维护，使用方便。本发明高压釜釜体的两端开口，不仅利于快速、 方便的对高压釜内部进行彻底清洗;而且使高压釜的容积可调，可允许多 个同型釜体接入，以实现快速增加高压釜容积，满足极大废水处理量时对 大容积处理器的需求;所采用的密封环具有双重密封效果，既可在装配过 程中因受到挤压作用产生预紧密封，又在工作过程中因受内压作用而实现 自紧密封，因此，该密封环不仅易装配，且密封效果好;卡箍式密封夹箍 装配时，不产生预紧力，故其装拆更省力，更简便快捷。